起动机的组成、结构和工作原理

展开

起动器如图4-2所示，由直流电机、传动机构、操作机构三部分组成。 直流电机的作用是将电池输入的电能转换为机械能，产生电磁转矩。 传动机构：由单向离合器和驱动齿轮、拨叉等组成。 其作用是在起动发动机时使驱动齿轮和非轮齿圈啮合，传递起动器转矩 在发动机曲轴上； 发动机启动后，可以使驱动齿轮和飞轮自动脱离。 在它们脱离的过程中，当发动机飞轮拖动驱动齿轮时，单向离合器空转，使飞轮不旋转起动器轴。 操作机构：主要是起动器的电磁开关，用于接通或断开电机和电池之间的电路。 直流电机 效用：将电池输入的电能转化为机械能，产生电磁转矩 结构：由电枢(转子)、磁极(定子)、换向器、电刷等主要部件构成。 )1)电枢 直流电动机的旋转部分被称为电枢，也称为转子。 转子由重叠有带外圆槽硅钢板的铁心、电枢绕组线圈、电枢轴、换向器构成。 如图4-3所示。 为了得到充分转矩，通过电枢绕组的电流大(汽油发动机为200~600 A； 柴油发动机达到1000 A ()，因此电枢绕组采用较粗的矩形裸铜漆包线作为成形绕组缠绕。 (2)磁极 磁极由固定在壳体内的磁极铁心和励磁绕组线圈组成。 如图4-4所示。 磁极通常为4个，两对磁极相对交替地安装在电动机壳体内，定子和转子铁心形成的磁通电路如图4-5所示，低碳钢板制的壳体也同样 磁路的一部分。 4个励磁线圈，如图4-6bc所示，既有相互串联后与电枢绕组串联的，也有两相串联后并联的。 起动器内部的接线连接如图4-6a所示。 励磁绕组的一端与壳体的绝缘端子连接，另一端与两个有色电刷连接。 启动开关接通时，电机的电路为电池正极端子2励磁绕组3电刷6换向器和电枢绕组5电刷4电池负极。 )3)毛刷和刷握 如图4-7所示，电刷架一般为框型结构，其中正极电刷架绝缘固定在端盖上，负极电刷架与端盖直接连接，张紧铁。 刷子放入刷座上，刷子上压制铜粉和石墨粉，呈褐色黑色。 刷握上有很强的弹性碟形弹簧。 )4)换向器 作用：向旋转的电枢绕组注入电流。 截面为燕尾形铜片包围，如图4-8所示。 铜片之间用云母绝缘。 云母绝缘层应比换向器铜片外表面凹陷0.8mm左右，铜片磨损时云母片不得立即伸出。 电枢绕组各线圈的前端焊接在换向器的铜片上。 起动器的工作原理： (1)电磁转矩的产生 根据载体导体在磁场中受电磁力作用的原理进行动作。 如图4-9a所示，是最简单的两极直流电动机模型。 根据 根据左手定律，电磁力f作用于a b、c d双方，从而产生逆时针方向的电磁转矩m，判定为电枢旋转。 其方向转换方法如图4-9b所示。 实际的电枢有很多线圈，换向器铜片也有对应的对数。 )2)直流电动机转矩自动调节原理 电枢在电磁转矩m的作用下旋转，但在绕组旋转的同时磁力线也被切断，因此产生感应电动势，根据右手定律判定为与电枢电流Is相反的方向，因此称为反电动势Ef。 反电动势Ef与磁极磁通和电枢的转速n成比例： Ef=Cen 式中Ce——电机的结构常数。 由此，能够推出电枢电路电压平衡方程式、即U=Ef IsRs 式中Rs——电枢电路电阻。 包括电枢绕组电阻、电刷和换向器的接触电阻。 直流电动机在接通直流电源之后，电枢转速、反电动势都为0，此时在电枢绕组中流动的电流最大，即Ism==U/Rs，产生最大的电磁转矩Mmax，如果此时的电磁转矩m大于电动机电阻转矩Mz，则电枢开始加速运转随着转速n的上升，Ef增大，Is下降，m也下降。 当m下降，Mz相等时，电枢以这个转速旋转。 如果直流电机的负载在工作中发生变化，则会发生以下情况： 负荷变大时，M<； MznEfIsMM=Mz，实现新的稳定； 负荷变小时，m>； MznEfIsMM=Mz，获得新的稳定。 因此，负载变化时，电动机可以通过转速、电流、转矩的自动变化来满足负载的需要，并以新的转速稳定工作。 因此，直流电机具有自动调节转矩的功能。 工作特性： )1)工作特性曲线)起动器的转矩、转速、功率和电流的关系称为起动器的特性曲线。 串联激励直流电动机的特点是起动转矩大、机械特性软(电枢转速随负载增大而下降，随负载减小而上升)。 转矩特性：磁路不饱和时，直励直流电动机的转矩m与电枢电流的平方I2S成正比。 直流电动机的转矩特性如图4-10所示。 在发动机起动的瞬间，在发动机的内阻转矩大、起动器完全制动的状态下，转速使电枢电流成为最大值(称为制动电流)，因此电动机成为足以克服发动机的阻力转矩而起动发动机的最大转矩(制动转矩这是汽车起动机采用系列式电动机的主要原因之一。 转速特性(机械特性)系列激励直流电动机的转速n与电枢电流Is的关系式如下。 直动电机的磁极未饱和时，不是常数，因此Is增加时， 也就是说，由于电枢转矩增大，和is(RSrj )也增加，因此随着电枢转速n为is ) m )的增大而下降迅速，如图4-11所示，具有柔软的机械特性。 即，直流直链电动机在轻负载时电枢电流小，转速高； 重载时，电枢电流大、转速低的软机械特性，可以保证发动机即安全可靠的起动，这是汽车起动机采用直励式电动机的另一主要原因。 功率特性： 直励式电动机功率p可以用下式表示： P=Mn/9550 中) M——电动枢轴上的力矩(Nm； n——电枢转速(r/min )。 由公式可知，完全制动器(n=0)和怠速(M=0)两者时，起动器的功率为0。 起动器工作时间短，允许在最大输出下工作，因此起动器的最大输出称为起动器的额定功率。 其特性曲线如图4-12a所示。 直流直励式电动机的转矩、转速、输出特性可以完全表现起动器的工作特性。 如图4-12b所示，三大特性曲线位于同一坐标系时，从该图可以看出： 1 )完全制动后，启动后立即相当于n=0，电枢电流达到最大(即制动电流Imax )，转矩也达到最大值)，但输出为0。 2 )起动器空转时的电流最小(称为空载电流I0 )，转速达到最大值)时输出也为0。 3 )电流接近制动电流的一半时，起动器的电力最大。 将其最大功率作为额定功率。 )2)影响起动机功率的因素 )1)电池容量的影响：电池容量越小，其内阻越大，放电时产生的压降越大，因此提供给起动器的电压降低，起动器输出的功率变小。 )2)环境温度影响：温度下降时，电池电解液密度增大，内阻增大，电池容量和端电压急剧下降，启动功率明显下降。 )3)接触电阻和导线电阻：电刷与换向器接触不良、电刷按压弹簧弹力下降、电刷过短、及导线与电池端子接触不良，都会增加工作线路电阻； 如果导线过长，或者导线的截面积太小，会引起很大的电压降。 由于起动器的工作电流特别大，它们会降低起动器的电力。 传动机构 传动机构是指使起动器的驱动齿轮与发动机飞轮的环啮合而传动及分离的机构。 作用：起动时，起动机驱动齿轮与发动机飞轮环啮合，将电机产生的扭矩传递给飞轮； 启动后，自动切断动力传递，防止电动机因发动机超速而损坏。 组(传动机构由驱动齿轮、单向离合器、拨叉、啮合弹簧等组成，安装在转子轴的花键部分。 种类：滚轮式单向离合器、摩擦片式单向离合器、弹簧式单向离合器。 滚轮式单向离合器 滚子式单向离合器的外形如图4-14所示，其结构如图4-15所示，在传动套筒8内有花键槽，与电动枢轴的外花键嵌合。 起动机小齿轮1套在电动枢轴的光滑部分。 驱动套筒的另一端具有卡合弹簧，该卡合弹簧通过缓冲弹簧向右按压，以防止脱落。 布什用传动叉工作。 起动机齿轮与离合器壳体刚性连接，十字滑块与驱动套筒刚性连接。 组装后，十字块和壳体形成四个楔形空间，滚轮分别安装在四个楔形空间中，在盖弹簧的张力作用下位于楔形空间的狭窄端。 起动器的工作过程如下 起动发动机时，在电磁力的作用下，传动叉使可动衬套向电动枢轴方向移动，压缩缓冲弹簧。 在弹簧的张力作用下，离合器总成和起动机小齿轮沿电动枢轴轴向移动，实现起动机小齿轮与发动机飞轮的啮合。 与此同时，控制装置接通起动器的主电路，起动器输出强大的电磁转矩。 扭矩从驱动套筒传递到横块，横块与电动枢轴一起旋转。 此时，飞轮环会瞬间刹车，因此滚轮在摩擦力的作用下滚动至楔形槽的狭窄端部并固定。 于是，起动机小齿轮和传动套筒成为一体，驱动飞轮，起动发动机。 如图4-16所示。 起动发动机时，飞轮环使驱动齿轮高速旋转，且与电动枢轴相比 转速大多较高，通过驱动齿轮尾部的摩擦力，辊克服弹簧的张力，如下 滚轮滚动到楔室较宽的一端，滚轮在驱动齿轮尾部和外圈之间发生折擦，发动机动力不传递给电动枢轴，起到分离作用，避免电动枢轴空转自己的转速，电枢超速飞溅的危险 这个离合器结构简单，工作可靠。 接合时为刚性，不能承受较大的冲击力，传递的较大扭矩导致滚轮卡死故障； 适用于额定输出在1.47KW以下的小型起动器。 控制装置 在现代汽车中，起动器的控制装置采用电磁式控制装置，即电磁开关。 其外形如图4-17所示。 作用：控制主动齿轮与飞轮环的啮合和脱离； 控制电机电路的接通和断开。 组成：如图4-18所示，电磁开关主要由吸引线圈、保持线圈、复位弹簧、可动铁心、接触片等构成。 其中，电磁开关" 30 "端子与电池的正极连接； 在" c "端子上连接起动器励磁绕组； 在吸引线圈一端连接起动器主电路， 励磁绕组和电枢绕组串联，保位线圈的一端直接搭铁，两个线圈的共同端连接点火开关。 作业步骤： 点火开关连接到起动器档位时，拉线圈和保位线圈接通，其电路分为电池正极保险丝点火开关端子72个 一路径吸引线圈主电路端子C励磁绕组电枢绕组道岔蓄电池负极； 另一条路径经由保位线圈搭铁电池负极。 此时，吸引线圈和保位线圈产生的磁场方向相同，通过两个线圈的电磁吸引力，可动铁心克服复位弹簧的弹力被吸引。 拨叉将起动机小齿轮推出，使其与飞轮环啮合。 齿轮啮合后，接触盘接通触头，电池向励磁绕组和电枢绕组供电，产生正常转矩，起动器旋转。 同时，吸引线圈短路，齿轮的啮合位置由保位线圈的吸引力保持。